磁性多孔生物炭对Th(Ⅳ)的吸附性能及机制探究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woxia012
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源于稀土开采等工业过程的放射性钍[Th(Ⅳ)]转入水体等自然环境,危害人类健康。吸附法是治理含Th(Ⅳ)废水的有效方法,其关键则是开发绿色高效的新型吸附剂。本研究以玉米秸秆、铁酸锌为原料,通过水热法合成磁性多孔生物炭,因上述材料制备存在二次污染,本文又优化出另一种多孔炭铁酸钙材料。并通过两种材料对水中Th(Ⅳ)的吸附实验探究,以期为磁性多孔生物炭在含Th(Ⅳ)废水治理中提供新思路。1.本研究首先采用氯化锌改性热解制备多孔生物炭(Porous biochar,PBC),然后通过水热法与铁酸锌复合制得一种多孔生物炭负载铁酸锌复合材料(PBC/ZF)。采用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射仪(XRD)等多种手段对磁性多孔生物炭进行表征,表征结果说明具有尖晶石型结构的铁酸锌(Zincferrite,ZF)颗粒成功负载于PBC基体。实验结果说明,当PBC/ZF的复配比为1:1、pH值为4.0、吸附剂投加量为1.2 g·L-1时,PBC/ZF对Th(Ⅳ)的去除率为97.95%。吸附动力学、等温线分析结果表明PBC/ZF吸附Th(Ⅳ)是单层吸附过程。通过红外光谱分析以验证PBC/ZF去除Th(Ⅳ)的主要机理为Th-O和Th(Ⅳ)与羧基和羟基的络合作用。2.基于PBC/ZF对Th(Ⅳ)的吸附,本研究对吸附材料进一步优化改进,采用碳酸氢钾活化制备多孔生物炭,然后用水热法制备多孔生物炭负载铁酸钙复合材料(PBC/CF),结果表明,PBC与铁酸钙(Calcium ferrite,CF)成功复合并能有效吸附水中的Th(Ⅳ)。在pH=4.0、投加量为0.4 g·L-1、吸附时间为50 min的最佳条件下,PBC/CF对Th(Ⅳ)的吸附量可达129.8 mg·g-1。PBC/CF对Th(Ⅳ)的吸附动力学和吸附等温线分别同准二级动力学方程和Langmuir方程拟合得更好。解吸研究表明PBC/CF可再生得以循环利用。红外光谱和X射线光电子能谱分析表明,PBC/CF对Th(Ⅳ)的吸附机理为静电吸附、离子交换、配位反应和软硬酸碱相互作用。碳酸氢钾活化制备的多孔生物炭基较氯化锌活化具有更发达且规整的分级多孔结构,使其作为支撑介质时更具优势。此外,制备多孔生物炭负载尖晶石铁酸盐材料并应用于去除废水中的放射性钍在目前研究领域内鲜有报道,故本研究拓展了放射性核素的吸附剂材料范围,为水溶液中钍的去除提供了一定的实验理论支撑。
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